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摘要：本文首先簡單介紹了液膜萃取法的機理、優點以及應用，然后針對冶金工業廢水的主要特點以及常用處理方法進行說明，最后結合氨氮廢水具體試驗研究液膜萃取法處理冶金工業廢水。

關鍵詞：液膜萃取法；冶金；工業廢水

1液膜萃取法的概述

1.1液膜萃取法的機理液膜分為乳化液膜和支撐液膜，其中乳化液膜又可進一步分為有載體和無載體兩種。現以乳化液膜為例，分析其溶質傳遞機理，有載體液膜是指在膜相內增加可以和滲透物發生可逆反應的載體，無載體液膜是利用其密閉相內發生的不可逆的選擇性反應，如圖1所示。

1.2液膜萃取法的優點液膜萃取法與溶劑萃取存在很大的相似，都包括兩個過程，即萃取和反萃取。但二者的不同之處是溶劑萃取法的萃取過程和反萃取過程不同時進行，耦合時需要借助管線和泵等外部設備；而液膜萃取法的萃取過程和反萃取過程在膜的兩側同時發生。液膜萃取法與溶劑萃取相比，優點是較大的傳質動力、較少的分離級數、較少的試劑損耗；“逆濃度梯度”效應。

1.3液膜萃取法的應用液膜萃取法從研究到應用發展非常迅速，如今應用在化工生產、環境保護、廢水處理、濕法冶金、生物醫藥等方面。廢水又分為有金屬離子廢水、酸離子廢水、弱堿離子廢水以及其他工業廢水，液膜萃取在冶金工業廢水方面的應用愈來愈強。

2冶金工業廢水的特點及處理方法

2.1特點根據不同的分類標準可將冶金工業廢水分成不同類型，若根據其生產的性質分為煉鋼廢水、高爐廢水、焦炭廠廢水和軋鋼廢水；若根據廢水來源又分為煉焦廢水、沖渣廢水、粉塵和煙氣廢水、冷卻水以及酸洗廢水。冶金工業廢水的特點如下：廢水的組成多而復雜，凈化處理比較困難；廢水的產生量比較多；廢水常有異味、臭味、顏色等；廢水污染水體或土壤的方式主要是地表水流擴散。

2.2處理方法冶金工業廢水常見的處理方法分為物理法、化學法、物理化學法以及生物法。（1）物理法。廢水內以懸浮形式存在且不溶解的污染物采用物理作用進行處理。物理法又進一步分為離心分離法、重力離心法以及篩率截流法。（2）化學法。廢水內以膠體形式存在、且可以溶解的污染物采用傳質、化學反應等作用進行分離、去除，其中通過傳質作用處理廢水的方式有萃取、吸附、吹脫、離子交換、反滲透以及電滲析等，通過化學反應處理廢水的方式有中和、混凝、氧化還原等。（3）物理化學法。該方法是利用物理法和化學法相結合將廢水內的污染物去除，如萃取法、吸附分離法等。（4）生物法。該方法是指廢水內以微小懸浮、膠體、以及溶液形式存在的有機污染物采用微生物的代謝作用轉化成沒有危害、狀態穩定物質的過程。

3液膜萃取法處理冶金氨氮廢水的研究

以某亞鎳廠的氨氮廢水為例，研究液膜萃取體系。

3.1處理原理銨態氮比較容易溶于膜相，從較高濃度的膜外相擴散到膜內相，然后通過與膜內相的酸解脫反應，形成銨根離子，即NH3+H+→NH4+。因為NH4+在膜的內外兩側的濃度不一樣，促進解脫反應持續發生，去除掉可以穩定存在膜內相而不溶于油相的NH4+，實現氨氮的分離。

3.2實驗過程（1）試劑、儀器。試劑：市場銷售的工業品煤油，市場銷售的、級別為化學純工業品-表面活性劑，級別為分析純的膜增強劑-石蠟，級別為分析純的氫氧化鈉、濃硫酸。廢水是某個亞鎳廠的氨氮廢水。儀器：可調高速制乳器、大功率晶體管高壓發生器（型號：FG-1型）、強力電動攪拌機（型號：JB90-D）、PHS-25pH/mV計。（2）操作流程。液膜萃取法處理氨氮廢水的過程有制備乳液、處理廢水、破乳和重新制備乳液。大致流程如圖2所示。（3）計算方法。氨氮含量測量可使用簡易法，該方法操作簡單，且與滴定法、蒸餾法以及國標法有相同的效果；計算廢水內去除氨氮的含量時可使用去除率。氨氮離子在乳化液膜的內外水相的濃度高低不同，液膜出現溶脹現象，使得分離萃取效率降低，所以需要考慮溶脹率的計算。（4）結果和討論。擇合適的膜相體系。實驗結果表明，當乳液制備條件相同時，表面活性劑環烷酸環醇酰胺、Span-80、聚異丁烯胺、ME處理氨氮廢水時的溶脹率分別是34%、41%、49%、12%，去除率分別是54%、74%、38%、94.2%。因而，表面活性劑ME處理氨氮廢水的效果最佳。從表面活性劑ME條件試驗結果可知，ME處理氨氮廢水的效果隨著其使用量的改變而呈現為“凸”形拋物線，ME質量分數在2%～4%，氨氮去除率比較高，在3%時去除率最高。分析其原因，較低濃度的表面活性劑，形成較薄的液膜，對應液膜的穩定性也比較差，極易破裂，但高濃度的表面活性劑形成的液膜穩定性比較好，使得破乳時難度增加，影響溶質傳遞速度。因而，試驗選用ME的濃度為2%～4%。②工藝條件摸索。第一，溫度的影響。混合乳液與廢水時，如果溫度過低，有機相的粘度增大，降低氨氮分離效果；如果溫度過高，雖然有機相的粘度降低，但乳液的小滴易聚結，降低了液膜的穩定性，也降低分離萃取效果。本次試驗的溫度條件范圍是15～40℃，對應的氨氮廢水去除率在95%左右，上下波動不大。因此，試驗可以選擇在室溫條件進行；第二，外相水pH的影響。冶金廢水的pH在近中性條件時，氨氮的存在形式是NH3、NH4+，且以NH4+形式為主。隨pH值增大超過11時，NH4+轉化成NH3，使得氨的萃取效率增加，但如果pH值過大，萃取后的廢水堿性太強，不滿足排放標準。本次試驗的pH值在10～11，氨氮廢水的去除率增加的速率最快，pH大于11后，氨氮廢水的去除率增加速率變緩。因而，試驗的pH值控制在11～12，對應廢水氨氮去除率在75%～85%。第三，油內比的影響。油內比是一個對膜穩定性影響比較大的重要因素，隨著油內比的升高，液膜變厚，其對應的穩定性變強，因而溶質的傳遞速率變慢，破乳難度增大；但如果油內比降低，液膜厚度減小，對應穩定性變差，易破裂，同樣降低氨氮去除率。本次試驗的油內比在1∶1時效果最佳；第四，乳水比的影響。乳水比對廢水內氨氮的去除率有重要影響。相同濃度和pH值的氨氮廢水經過不同乳水比處理后的結果顯示，乳水比變大，其氨氮去除率卻降低。因此，試驗的乳水比選用1∶8，此時的去除率比較好，成本相對比較低。③破乳。作為液膜萃取的重要環節，破乳對離子的富集、乳液的再次使用影響極大。現如今，常用的破乳方法如下：離心破乳法：將乳液放置在離心力場內，通過各物質的密度差將水、油分層，實現破乳；化學破乳法：在乳液內添加破乳劑，破乳劑通過吸附作用吸附在乳液界面，將乳液界面的表面活性劑排斥掉，乳液的穩定性降低，達到破乳的目的；加熱破乳法：對乳液進行加熱處理，提高乳液內各分子的運動速率，使得膜粘度降低，實現破乳；高壓靜電破乳法：把乳液放置高壓靜電場內，通過靜電作用力進行破乳。本次試驗通過分析對比可知，高壓靜電破乳法效果最佳。

4結束語

液膜萃取法作為一種新方法在處理冶金工業廢水時，需要合理選擇液膜的種類、載體、表面活性劑以及膜溶劑等。液膜萃取法處理工業廢水的優點有操作簡單、效率高、速度快、成本低等，該方法的工藝流程雖比較成熟，但仍然沒有廣泛應用。

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作者：劉瑜 單位：寶鋼工程技術集團有限公司